Tại sao các vật liệu có kích cỡ nano lại có những tính chất rất khác biệt?

Câu hỏi: Tại sao các vật liệu có kích cỡ nano lại có những tính chất rất khác biệt?

Lời giải:

Vật liệu kích cỡ nano có những tính chất rất khác biệt vì kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác biệt bắt đầu từ nguyên nhân này.

* Nano là gì?

Công nghệ nano (nanotechology) là các thao tác của vật chất ở cấp độ nguyên tử và phân tử.

Nói một cách đơn giản, công nghệ nano kỹ thuật liên quan đến việc phân tích và chế tạo các cấu trúc phân tử bằng việc đưa về hình dạng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10-9m).

Trước đây, hầu hết có rất ít người biết đến công nghệ nano là gì, ứng dụng của nó ra sao? Tuy nhiên, sau khi cuộc cách mạng 4.0 bắt đầu diễn ra không lâu, công nghệ nano bắt đầu được tìm thấy, khai thác và phát triển cho đến ngày nay. Ở thời điểm hiện tại, công nghệ nano đã có những đóng góp nhất định phục vụ cho nhu cầu đời sống của con người. Cụ thể là hàng tá sản phẩm được chế tạo ra như: thuỷ tinh, gốm sứ, vải,… với đa dạng kích thước và màu sắc khác nhau. Đây được coi là ngành công nghệ hàng đầu về khoa học kỹ thuật trên thế giới và có tiềm năng rất lớn trong tương lai.

* Các phương pháp chế tạo vật liệu Nano

Có rất nhiều phương pháp chế tạo vật liệu Nano được sử dụng hiện nay bao gồm phương pháp hoá ướt, phương pháp cơ khí nano, phương pháp bay hơi nhiệt, phương pháp pha khí, phương pháp hoá học,...

Phương pháp hoá ướt: thuỷ nhiệt, đồng kết tủa là đặc trưng của phương pháp hoá ướt. Thông qua phương pháp này, dung dịch ion trộn với nhau theo tỷ lệ thích hợp, và các vật liệu Nano kết tủa ra khỏi dung dịch dưới ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất và độ pH. Sau khi lọc và làm khô, ta có được vật liệu Nano có kích thước siêu nhỏ.

Phương pháp cơ học Nano: bao gồm các phương pháp mài, nghiền và hợp kim cơ học. Trong phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền thành các hạt có kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, máy nghiền được sử dụng phổ biến nhất là máy nghiền quay.

Phương pháp chế tạo bay hơi nhiệt: Gồm các phương pháp như lắng đọng trong chân không, quang khắc, vật lý và hóa học.

Phương pháp chế tạo pha khí: Gồm các phương pháp nổ điện, nhiệt phân, đốt laser, bốc hơi ở nhiệt độ cao và plasma.

Phương pháp hóa học: Thông qua quá trình phản ứng oxi hoá chuyển ion kim loại sang thành kim loại có kích thước nhỏ hơn. Sau khi chuyển đổi, các hạt nano có năng lượng lớn sẽ có xu hướng liên kết lại với nhau tạo thành micro có kích thước và độ liên kết bền chặt hơn. Sau quá trình phản ứng, hạt nano kim loại được bao bọc bởi một chất bảo vệ.